ECTS - University of Pisa
Comprendere l'organizzazione biologica fondamentale ed i processi cellulari di base degli organismi viventi Fornire i concetti fondamentali di Chimica e Biochimica, in particolare indirizzati alla conoscenza: a) delle caratteristiche dei composti che costituiscono i sistemi biologici; b) delle funzioni e della localizzazione cellulare e le loro interrelazioni.
Understanding the fundamental biological organization and the basic cellular processes of living organisms Provide the fundamental concepts of Chemistry and Biochemistry, in particular addressed to the knowledge: a) of the characteristics of the compounds that make up the biological systems; b) functions and cellular location and their interrelationships.
In order to verify knowledge, itinere tests will be carried out using written tests.
Al termine del corso:
Per seguire il corso in modo proficuo, lo studente dovrebbe possedere conoscenze di base di Chimica e Biologia.
Delivery: face to face
Learning activities:
Attendance: Mandatory
Teaching methods:
BIOCHIMICA
Proprietà generali della materia. Struttura essenziale dell'atomo. Numero atomico e numero di massa. Isotopi. Pesi atomici. Concetto di mole. Elementi. Simboli e formule. Sistema periodico degli elementi. Proprietà generali degli elementi.
I legami chimici: legame ionico, legame covalente omopolare, legame covalente polare. Legami intermolecolari: legame ad idrogeno, forze di Van der Waals. Valenza e numero di ossidazione. Nomenclatura dei composti inorganici.
Generalità sugli stati della materia. Proprietà generali dei liquidi: tensione superficiale, tensione di vapore, punto di ebollizione.
Le soluzioni. Solubilità in acqua. Proprietà delle soluzioni. La pressione osmotica. Soluzioni fisiologiche. Cenni sugli equilibri chimici. Acidi e basi. pH. Idrolisi salina. Soluzioni tampone. Tamponi nei liquidi biologici.
Scopi della chimica organica. Alcani, alcheni, composti aromatici, alcoli, fenoli, eteri, aldeidi e chetoni: generalità e reazioni. Formazione dei semiacetali e degli acetali. Ammine, acidi carbossilici, ammidi, esteri: generalità e reazioni. Reazione di saponificazione degli esteri.
Aminoacidi e proteine. Struttura degli -aminoacidi e classificazione in base alla catena laterale; legame peptidico, strutture primaria, secondaria, terziaria e quaternaria delle proteine; struttura, funzione e modulazione dell’emoglobina e della mioglobina.
Enzimi. Cofattori, classificazione; meccanismi di catalisi enzimatica; complesso enzima substrato; cinetica enzimatica: equazione di Michaelis-Menten; meccanismi di inibizione enzimatica; modulazione degli enzimi.
Glucidi: struttura dei principali monosaccaridi, disaccaridi e polisaccaridi.
Lipidi: struttura di acidi grassi, fosfogliceridi, sfingolipidi e colesterolo; struttura delle membrane cellulari e sistemi di trasporto (diffusione semplice, trasporti passivo e attivo); lipoproteine plasmatiche.
Introduzione al metabolismo: concetto di metabolismo, catabolismo e anabolismo; ruolo dell’ATP nel metabolismo energetico.
Metabolismo glucidico. Fasi, regolazione e resa energetica della glicolisi; destino del piruvato in condizione aerobiche (produzione di acetil-CoA, complesso della piruvato deidrogenasi) e anaerobiche (acido lattico, ciclo di Cori); glicogenolisi e glicogenosintesi; gluconeogenesi Regolazione ormonale: insulina, glucagone e adrenalina.
Metabolismo lipidico. Fasi, regolazione e resa energetica della -ossidazione; cenni sulla sintesi degli acidi grassi; formazione e utilizzazione dei corpi chetonici.
Ciclo di Krebs. Fasi, regolazione e resa energetica del ciclo di Krebs.
Fosforilazione ossidativa. Teoria chemiosmotica di Mitchell, catena respiratoria, meccanismo della fosforilazione ossidativa (ATP sintasi).
Cenni sul metabolismo dei composti azotati.
BIOLOGIA
Proprietà fondamentali degli esseri viventi. La teoria cellulare. Le macromolecole della cellula. La cellula procariotica: componenti e caratteristiche essenziali. I virus. La cellula eucariotica: componenti e caratteristiche essenziali.
Le membrane: struttura, composizione e funzioni. Proprietà e meccanismi del trasporto attraverso le membrane: la diffusione semplice, la diffusione facilitata, il trasporto attivo.
I compartimenti intracellulari e lo smistamento delle proteine. Il reticolo endoplasmatico ruvido e liscio: struttura e funzioni. Il complesso di Golgi: struttura e funzioni. La secrezione. L’ endocitosi.
I lisosomi e la digestione cellulare. Componenti del citoscheletro. Il mitocondrio: struttura e funzione.
Organizzazione strutturale e funzionale dell’involucro nucleare. La natura chimica del materiale genetico. L’impacchettamento del DNA nel nucleo. La cromatina. Struttura e caratteristiche dei cromosomi: Il cariotipo umano.
La replicazione del DNA. Il flusso dell’informazione genetica. La trascrizione. Caratteristiche del codice genetico. La sintesi delle proteine: meccanismo della traduzione.
Cenni sul ciclo cellulare e la sua regolazione. La divisione mitotica e meiotica.
Genetica mendeliana. Le basi cromosomiche dell’ereditarietà. Cenni sulla genetica post-mendeliana. Mutazioni geniche. Mutazioni cromosomiche numeriche e strutturali
BIOCHEMISTRY
General properties of matter. Essential structure of the atom. Atomic number and mass number. Isotopes. Atomic weights. Mole concept. Elements. Symbols and formulas. Periodic system of the elements. General properties of the elements.
Chemical bonds: ionic bond, homopolar covalent bond, polar covalent bond. Intermolecular bonds: hydrogen bonding, Van der Waals forces. Valence and oxidation number. Nomenclature of inorganic compounds.
General information on the states of matter. General properties of liquids: surface tension, vapor tension, boiling point.
The solutions. Solubility in water. Properties of the solutions. Osmotic pressure. Physiological solutions. Notes on chemical equilibria. Acids and bases. pH. Saline hydrolysis. Buffer solutions. Swabs in biological liquids.
Aims of organic chemistry. Alkanes, alkenes, aromatic compounds, alcohols, phenols, ethers, aldehydes and ketones: generalities and reactions. Formation of semiacetals and acetals. Amines, carboxylic acids, amides, esters: generalities and reactions. Ester saponification reaction.
Amino acids and proteins. Structure of -amino acids and classification based on the side chain; peptide bond, primary, secondary, tertiary and quaternary structures of proteins; structure, function and modulation of hemoglobin and myoglobin.
Enzymes. Cofactors, classification; enzymatic catalysis mechanisms; substrate enzyme complex; enzymatic kinetics: Michaelis-Menten equation; enzymatic inhibition mechanisms; enzyme modulation.
Glucids: structure of the main monosaccharides, disaccharides and polysaccharides.
Lipids: structure of fatty acids, phosphoglycerides, sphingolipids and cholesterol; cell membrane structure and transport systems (simple diffusion, passive and active transport); plasma lipoproteins.
Introduction to metabolism: concept of metabolism, catabolism and anabolism; role of ATP in energy metabolism.
Carbohydrate metabolism. Stages, regulation and energy yield of glycolysis; fate of pyruvate under aerobic conditions (production of acetyl-CoA, pyruvate dehydrogenase complex) and anaerobic (lactic acid, Cori cycle); glycogenolysis and glycogenosynthesis; gluconeogenesis Hormonal regulation: insulin, glucagon and adrenaline.
Lipid metabolism. Phases, regulation and energy yield of -oxidation; notes on the synthesis of fatty acids; formation and use of ketone bodies.
Krebs cycle. Phases, regulation and energy yield of the Krebs cycle.
Oxidative phosphorylation. Mitchell's chemosmotic theory, respiratory chain, oxidative phosphorylation mechanism (ATP synthase).
Notes on the metabolism of nitrogen compounds.
BIOLOGY
Fundamental properties of living beings. Cell theory. The macromolecules of the cell. The prokaryotic cell: essential components and characteristics. The viruses. The eukaryotic cell: essential components and characteristics.
Membranes: structure, composition and functions. Properties and mechanisms of transport through membranes: simple diffusion, facilitated diffusion, active transport.
The intracellular compartments and the sorting of proteins. The rough and smooth endoplasmic reticulum: structure and functions. The Golgi complex: structure and functions. Secretion. Endocytosis.
Lysosomes and cell digestion. Cytoskeleton components. The mitochondrion: structure and function.
Structural and functional organization of the nuclear envelope. The chemical nature of the genetic material. The packaging of DNA in the nucleus. Chromatin. Structure and characteristics of chromosomes: The human karyotype.
DNA replication. The flow of genetic information. The transcription. Characteristics of the genetic code. Protein synthesis: translation mechanism.
Notes on the cell cycle and its regulation. The mitotic and meiotic division.
Mendelian genetics. The chromosomal basis of heredity. Notes on post-Mendelian genetics. Gene mutations. Numerical and structural chromosomal mutations
BIOCHIMICA
BIOLOGIA
Sadava et al. Elementi di biologia e genetica ed. Zanichelli
BIOCHEMISTRY
Stefani, N. Taddei Chemistry, biochemistry and applied biology ed. Zanichelli.
Rays Chemistry and Biochemical Propedeutics (ETS).
Nelson, Cox Lehninger's Biochemical Principles ”ed. Zanichelli.
BIOLOGY
Elements of biology and genetics Sadava et al. Zanichelli
Esame scritto contestuale per i due moduli.
Contextual written exam for the two modules.
